Сборник лабораторных работ по цифровым устройствам. Для колледжей

Лабораторная работа №1

«Исследование работы ЦУ на логических элементах в статическом режиме»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть Пример 2 из §1.2 [Л1].

1. Записать название каждого логического элемента по их номерам в схеме.

Рядом с названием указать, какую операцию выполняет данный элемент.

2. Выполнить анализ работы заданной в соответствии со своим вариантом схемы в статическом режиме по заданным значениям входных сигналов: указать значения сигналов на входах и выходах всех элементов.

Для входных сигналов, указанных более мелким шрифтом – карандашом, более крупным шрифтом – ручкой.

Цели работы:

– обучающая: исследование работы цифрового устройства (ЦУ) на логических элементах, проверка результатов предварительного задания к данной работе;

– воспитательная: воспитание любви к выбранной профессии, сознательного отношения к учебе;

– развивающая: развитие логического мышления, памяти, способности принятия самостоятельных решений, умения делать выводы.

Литература:

1. Нсанов М. А. Цифровые устройства. Издательство Ridero, 2018.

2. Конспект.

Подготовка к работе:

1. Проработать теоретический материал [Л1, §§1.1, 1.2].

2. Знать ответы на контрольные вопросы.

3. Выполнить предварительное задание по своему варианту.

Оборудование: Персональный компьютер с программой исследования работы устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему комбинационного ЦУ своего варианта из предварительного задания для данной лабораторной работы.

Новые приборы и элементы, которые появляются в этой работе:

3. Развернуть панель генератора (рис.1), где нужно указывать значения сигналов, которые будут подаваться на входы ЦУ.

4. В окошке Final (рис.1) печатается адрес последней нужной нам строки левой колонки. В данном случае предварительное задание к этой лабораторной работе указывает два значения входных сигналов, поэтому потребуются две строки с адресами в шестнадцатиричном коде 0000 и 0001 (следующие строки имеют адреса 0002, 0003, …, 0009, 000A, 000B, 000C и т.д.). Следовательно, в окошке Final печатается адрес последней нужной сейчас строки 0001.

5. Установить курсор на первую строку левой колонки (рис.1).

6. В окошке Binary (двоичный) напечатать (рис.1) 4 входных сигнала, указанных карандашом (или более мелким шрифтом в схеме задания) в пункте 2 предварительного задания к данной лабораторной работе. Эти 4 сигнала указываем в конце, так как именно последние 4 выхода генератора сигналов (смотрите рис.4) используются для подачи сигналов на входы.

Например, если заданы входные сигналы 1010, эти сигналы и нужно печатать (как на рис.1).

7. Установить курсор на вторую строку левой колонки и в окошке Binary напечатать 4 входных сигнала, указанных ручкой (или более крупным шрифтом в схеме задания) в пункте 2 предварительного задания к данной лабораторной работе.

8. Нажать на клавишу Step (шаг) генератора сигналов. Проверить по индикаторам, подаются ли нужные сигналы на входы схемы ЦУ из пункта 2 (карандашом или более мелким шрифтом в схеме задания) предварительного задания к данной лабораторной работе. Определить по индикаторам значения сигналов на входах и выходах всех элементов. Сравнить эти значения с результатами предварительного задания для данной лабораторной работы, выполненными карандашом. Сделать вывод и показать результат преподавателю.

9. Еще раз нажать на клавишу Step генератора сигналов. Проверить по индикаторам, подаются ли нужные сигналы на входы схемы ЦУ из пункта 2 (ручкой или более крупным шрифтом в схеме задания) предварительного задания к данной лабораторной работе. Определить по индикаторам значения сигналов на входах и выходах всех элементов. Сравнить эти значения с результатами предварительного задания для данной лабораторной работы, выполненными ручкой. Сделать вывод и показать результат преподавателю.

Содержание отчета:

1. Номер и название работы.

2. Выполненное предварительное задание для данной лабораторной работы.

Контрольные вопросы:

– Начертить условное графическое изображение логических элементов НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

– Какую операцию выполняют элементы НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ?

– Привести формулу операции логического отрицания, логического умножения, логического сложения, операции И-НЕ, операции ИЛИ-НЕ.

– Пояснить на примерах смысл логических операций НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Примечание:

В дальнейшем автор для сокращения объема будет приводить только предварительное задание и порядок выполнения работы. Все остальные пункты выполняются по шаблону.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №26 (рис.2).

Здесь для наглядности входные сигналы, указанные в задании более мелким шрифтом, показаны красным цветом, более крупным – синим.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения поставленных задач приведено в Примере 2 из §1.2 [Л1].

1. Указываем название каждого элемента и выполняемые операции.

1,2 – элементы НЕ (инвертирование).

8 – элемент 2И (логическое умножение).

3,7 – элементы 2ИЛИ (логическое сложение).

4,6 – Элементы 2И-НЕ (логическое умножение с последующим инвертированием полученного результата).

5 – элемент 2ИЛИ-НЕ (логическое сложение с последующим инвертированием полученного результата).

2. Выполняем (рис.3) анализ работы схемы в статическом режиме по заданным значениям входных сигналов: указываем значения сигналов на входах и выходах всех элементов. Для входных сигналов, указанных более мелким шрифтом – красным цветом, более крупным шрифтом – синим.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему ЦУ нашего варианта (рис.4). Обращаем внимание, что в программе изображение элементов приведены по «западному» стандарту в отличие от схемы в задании, где изображение элементов даны по «восточному» стандарту.

3. Разворачиваем панель генератора сигналов (рис.5).

4. В пункте 2 предварительного задания задаются две комбинации входных сигналов: красным и синим цветом на рис.3. Поэтому в левой колонке генератора сигналов будем использовать две строки с адресами 0000 и 0001. Последний адрес 0001 указываем в окошке Final генератора сигналов (рис.5).

5. Устанавливаем курсор на первую строку левой колонки (рис.5).

6. В окошке Binary (двоичный) печатаем (рис.5) 4 входных сигнала 1010, указанных мелким шрифтом в задании или красным цветом на рис.2. Эти 4 сигнала указываем в конце, так как именно последние 4 выхода генератора сигналов (смотрите рис.4) используются для подачи сигналов на входы.

П р и м е ч а н и е: входные сигналы можно печатать не в окошке Binary, а непосредственно в левой колонке генератора сигналов. Но в этом случае следует иметь в виду, что здесь информация выражается в шестнадцатиричном коде: 00002 = 016, 00012 = 116, 00102 = 216, …, 10102 = А16, …, 11112 = F16.

7. Устанавливаем курсор на вторую строку левой колонки и в окошке Binary печатаем (рис.6) 4 входных сигнала 0101 (01012 = 516), указанных крупным шрифтом в задании или синим цветом на рис.2.

8. Нажимаем на клавишу Step (шаг) генератора сигналов и получаем результат, показанный на рис.7. Проверяем по индикаторам, подаются ли нужные сигналы на входы схемы ЦУ (мелким шрифтом в задании или красным цветом на рис.2). Определить по индикаторам значения сигналов на входах и выходах всех элементов. Сравниваем эти значения с результатами предварительного задания для данной лабораторной работы, выполненными красным цветом на рис.3. В данном случае результаты совпадают, то есть схема сработала правильно.

9. Еще раз нажимаем на клавишу Step генератора сигналов и получаем результат, показанный на рис.8. Проверяем по индикаторам, подаются ли нужные сигналы на входы схемы ЦУ (крупным шрифтом в задании или синим цветом на рис.2). Определить по индикаторам значения сигналов на входах и выходах всех элементов. Сравниваем эти значения с результатами предварительного задания для данной лабораторной работы, выполненными синим цветом на рис.3. В данном случае результаты тоже совпадают, то есть схема сработала правильно.

Лабораторная работа №2

«Исследование работы ЦУ на логических элементах в динамическом режиме»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть Пример 2 из §1.2 [Л1].

Исследовать работу схемы в динамическом режиме: построить временные диаграммы для всех элементов при заданных изменениях уровней сигналов на входах (рис.1):

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему комбинационного ЦУ своего варианта из предварительного задания для данной лабораторной работы.

3. Развернуть панель генератора сигналов (рис.2).

4. В окошках Frequency (частота) установить частоту изменения входных сигналов 8 кГц (рис.2).

5. Так как согласно заданию рассматриваются только 4 тактовых интервала, то мы будем использовать 4 строки левой колонки генератора сигналов с адресами 0000, 0001, 0010 и 0011. Поэтому в окошке Final (рис.2) печатается адрес последней нужной нам строки 0011.

6. Установить курсор на первую строку левой колонки и в окошке Binary напечатать (рис.2) 4 входных сигнала 0100 1-го тактового интервала (в предварительном задании на рис.1 выделены красным цветом)

Напоминаем: входные сигналы можно печатать не в окошке Binary, а непосредственно в левой колонке генератора сигналов. Но в этом случае следует иметь в виду, что здесь информация выражается в шестнадцатиричном коде: 00002 = 016, 00012 = 116, 00102 = 216, 00112=316, 01002=416, …, 11112 = F16.

7. Аналогично установить сигналы следующих тактовых интервалов.

8. Развернуть панель логического анализатора (рис.3).

9. Нажать на клавишу Burst (взрыв) генератора сигналов. Тогда генератор последовательно, в 4 такта, выдаст 4 группы сигналов на входы схемы, и остановится. При этом логический анализатор покажет изменение сигналов на входах ЦУ и выходах всех элементов.

10. Сравнить показания логического анализатора с построенной временной диаграммой при выполнении предварительного задания и сделать вывод.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера снова рассмотрим вариант №26 (Рис.4).

Выполнение предварительного задания

Исследуем работу схемы (рис.4) в динамическом режиме: построим временные диаграммы для всех элементов при предварительно заданных изменениях уровней сигналов на входах (рис.5).

Примечание: Подробное описание решения поставленной задачи приведено в Примере 2 из §1.2 [Л1].

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему комбинационного ЦУ нашего 26-го варианта (рис.6) для ее исследования в динамическом режиме.

3. Разворачиваем панель генератора сигналов (рис.2).

4. В окошках Frequency (частота) устанавливаем частоту изменения входных сигналов 8 кГц (рис.2).

5. Так как согласно заданию рассматриваются только 4 тактовых интервала, то мы будем использовать 4 строки левой колонки генератора сигналов с адресами 0000, 0001, 0002 и 0003. Поэтому в окошке Final (рис.2) печатаем адрес последней нужной нам строки 0003.

6. Устанавливаем курсор на первую строку левой колонки и в окошке Binary печатаем (рис.2) 4 входных сигнала 0100 1-го тактового интервала (в предварительном задании на рис.1 выделены красным цветом).

Напоминаем: входные сигналы можно печатать не в окошке Binary, а непосредственно в левой колонке генератора сигналов. Но в этом случае следует иметь в виду, что здесь информация выражается в шестнадцатиричном коде: 01002 = 416.

7. Устанавливаем курсор на вторую строку левой колонки и в окошке Binary печатаем (рис.7) 4 входных сигнала 1011 2-го тактового интервала (в предварительном задании на рис.1 выделены синим цветом). Эти же сигналы можно указать непосредственно в левой колонке в шестнадцатиричном коде: 10112=В16.

8. Устанавливаем курсор на третью строку левой колонки и в окошке Binary печатаем (рис.8) 4 входных сигнала 0110 3-го тактового интервала (в предварительном задании на рис.1 выделены зеленым цветом). Эти же сигналы можно указать непосредственно в левой колонке в шестнадцатиричном коде: 01102=616.

9. Устанавливаем курсор на четвертую строку левой колонки и в окошке Binary печатаем (рис.9) 4 входных сигнала 0000 4-го тактового интервала (в предварительном задании на рис.1 выделены розовым цветом). Эти же сигналы можно указать непосредственно в левой колонке в шестнадцатиричном коде: 00002 = 016.